羟基自由基和鸟嘌呤-胞嘧啶碱基对反应的密度泛函理论研究

为了解决年龄衰老、基因突变和癌症等问题,理解DNA的氧化损伤机理非常重要.本文利用密度泛函方法和极化连续介质模型在液相条件下研究了羟基自由基夺取鸟嘌呤-胞嘧啶（GC）碱基对上5个氢原子的反应机理.研究结果表明,所有的脱氢反应路径都是放热过程,热力学上五个脱氢反应路径形成自由基的稳定性顺序是（H2b-GC）·〉（GC-H4b）·〉（GC-H6）·〉（GC-H5）·（H8-GC）·,其中H2b反应路径的能量变化最大,说明该反应平衡时的转化率最高.动力学上,相对于反应复合物的局部反应能垒大小顺序是H2b〈H4b〈H5〈H6〈H8．可以看出在H2b夺取路径中能垒最小，表明了该反应能在室温下迅速完成，和...

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Published in物理化学学报 Vol. 31; no. 6; pp. 1007 - 1014
Main Author 李敏杰 刁玲 寇莉 李重杲 陆文聪
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 上海大学化学系，创新药物研究中心，上海200444 2015
Subjects
DNA氧化损伤
反应机理
密度泛函理论
羟基自由基
鸟嘌呤-胞嘧啶碱基对
Guanine-cytosine base pair
DNA oxidative damage
反应机理
密度泛函理论
羟基自由基
DNA氧化损伤
Reaction mechanism
Density functional theory
鸟嘌呤-胞嘧啶碱基对
Hydroxyl radical
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Summary:为了解决年龄衰老、基因突变和癌症等问题,理解DNA的氧化损伤机理非常重要.本文利用密度泛函方法和极化连续介质模型在液相条件下研究了羟基自由基夺取鸟嘌呤-胞嘧啶（GC）碱基对上5个氢原子的反应机理.研究结果表明,所有的脱氢反应路径都是放热过程,热力学上五个脱氢反应路径形成自由基的稳定性顺序是（H2b-GC）·〉（GC-H4b）·〉（GC-H6）·〉（GC-H5）·（H8-GC）·,其中H2b反应路径的能量变化最大,说明该反应平衡时的转化率最高.动力学上,相对于反应复合物的局部反应能垒大小顺序是H2b〈H4b〈H5〈H6〈H8．可以看出在H2b夺取路径中能垒最小，表明了该反应能在室温下迅速完成，和实验结果一致．综合考虑热力学和动力学方面的分析，发现H2b夺取反应最容易进行，次之是H4b夺取反应，然后是H6和H5．而H8的夺取反应很难发生，和实验观察到的8位加成产物现象一致．
Bibliography:DNAoxidative damage; Hydroxyl radical; Guanine-cytosine base pair;Reaction mechanism; Density functional theory
11-1892/O6
LI Min-Jie DIAO Ling KOU Li LI Zhong-Gao LU Wen-Cong （Innovative Drug Research Center, Department of Chemistry, Shanghai University, Shanghai 200444, P. R. China）
To address problems such as aging, mutation, and cancer, it is of great importance to understand the damage mechanism of DNA induced by hydroxyl radical. In this study, the abstraction reaction mechanism of hydroxyl radical with guanine-cytosine （GC） base pair in aqueous phase under the polarized continuum model （PCM） has been explored by using density functional theory （DFT）. The results indicated that all the abstraction reactions in GC base pair were thermodynamically exothermic, and the stability of dehydrogenation radicals decreased in the order of （H2b-GC）〉（GC-H4b）〉（GC-H6）〉（GC-H5）-（H8-GC）. The reaction energy of H2b abstraction pathway was the lowest among all investigated pathways, thus indicating that the reaction conversio
ISSN:1000-6818
DOI:10.3866/PKU.WHXB201504171